臺積電：希望OSAT擴大其先進(jìn)封裝能力

自 20 世紀 80 年代末代工業(yè)務(wù)模式誕生以來(lái)，臺積電就開(kāi)始生產(chǎn)硅片。相比之下，外包半導體封裝和測試 (OSAT) 服務(wù)提供商會(huì )將其封裝到陶瓷或有機外殼中。近年來(lái)，隨著(zhù)先進(jìn)封裝方法的出現，情況發(fā)生了變化，這些方法需要類(lèi)似于硅生產(chǎn)所使用的復雜工具和潔凈室，因為臺積電處于創(chuàng )新封裝方法的最前沿，該公司將其聚合在 3DFabric 技術(shù)中，并且因為它建立了適當的產(chǎn)能。

許多公司，例如英偉達，希望向代工廠(chǎng)發(fā)送藍圖并讓他們的產(chǎn)品準備好發(fā)貨，這就是為什么他們選擇使用臺積電的服務(wù)來(lái)封裝他們先進(jìn)的系統級芯片，例如 H100。然而，臺積電不得不承認它們無(wú)法跟上 CoWoS 需求，并將適當擴大產(chǎn)能。

盡管臺積電目前在先進(jìn)的芯片封裝技術(shù)上賺了很多錢(qián)，但該公司并沒(méi)有計劃從其傳統的 OSAT 合作伙伴那里搶走業(yè)務(wù)，這就是為什么它希望這些公司擴大其先進(jìn)的封裝產(chǎn)能。

但事情并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。日月光集團、Amkor Technology 和 JCET 等所有領(lǐng)先的封裝和測試公司都擁有先進(jìn)的芯片封裝技術(shù)，其中許多技術(shù)與臺積電相似。這些 OSAT 已經(jīng)擁有先進(jìn)的封裝工廠(chǎng)，可以為無(wú)晶圓廠(chǎng)芯片設計人員提供服務(wù)。例如，就在上周，Amkor 在越南開(kāi)設了價(jià)值 16 億美元的先進(jìn)封裝工廠(chǎng)。它的潔凈室空間與格羅方德在多個(gè)晶圓廠(chǎng)擁有的潔凈室空間相當。

然而，盡管 OSAT 提供的封裝技術(shù)在間距尺寸和凸點(diǎn) I/O 間距尺寸方面可能與臺積電相似，但它們在流程方面并不相同，甚至可能具有略有不同的電氣規格。同時(shí)，OSAT 使用與臺積電相同的工具，因此可以封裝使用 CoWoS 內插器的芯片。到目前為止，臺積電已經(jīng)認證了兩個(gè) OSAT 來(lái)執行最終的 CoWoS 組裝。然而，市場(chǎng)上 CoWoS 產(chǎn)能仍然短缺，因為臺積電的產(chǎn)能是瓶頸，至少從臺積電今年早些時(shí)候的評論來(lái)看是這樣。

臺積電設計基礎設施管理主管 Dan Kochpatcharin 在阿姆斯特丹舉行的 OIP 2023 會(huì )議上表示：「現在我們有 ASE 和 SPIL 兩家供應商，我們已經(jīng)對他們的基板進(jìn)行了鑒定，下一步也是做同樣的事情，讓它們也使用基板進(jìn)行自動(dòng)布線(xiàn)。因此，我們可以擁有完整的 CoWoS 服務(wù)堆棧?！?/p>

CoWoS 和 InFO 等臺積電先進(jìn)封裝技術(shù)得到 Ansys、Cadence、Siemens EDA 和 Synopsys 等公司的電子設計自動(dòng)化 (EDA) 工具的支持。因此，臺積電需要 OSAT 使用相同的程序，并將其技術(shù)能力與這些工具的設計和臺積電生產(chǎn)的產(chǎn)品相匹配。

「我們希望他們使用相同的 EDA 工具，」Kochpatcharin 說(shuō)。假設 OSAT 基板上有臺積電中介層。那么，他們使用 3Dblox 和適當的 EDA 工具進(jìn)行分析，對客戶(hù)來(lái)說(shuō)就更容易了。就像我們讓兩個(gè)合作伙伴有資格生產(chǎn)基板一樣。在我們做 CoWoS 時(shí)，利用 OSAT 做襯底。因此，最好使用相同的流程，因為這對客戶(hù)來(lái)說(shuō)更容易?！溉绻目蛻?hù)使用不同的 EDA 工具，那么封裝的多物理分析將會(huì )更加困難?！?/p>

為了滿(mǎn)足 CoWoS 和其他先進(jìn)封裝方法的需求，OSAT 需要投資適當的產(chǎn)能和工具，而這些都是昂貴的。問(wèn)題在于，封裝和測試專(zhuān)家在先進(jìn)封裝設施的投資方面無(wú)法跟上英特爾、臺積電和三星的步伐。去年，英特爾在先進(jìn)封裝廠(chǎng)上花費了 40 億美元，臺積電在先進(jìn)封裝上的資本支出總計 36 億美元。相比之下，根據 EE Times 發(fā)布的 Yole Group 估計，三星花費了約 20 億美元。相比之下，日月光集團（包括 SPIL 和 USI）2022 年的資本支出總額為 17 億美元，而 Amkor 的支出達到 9.08 億美元。

臺積電的 CoWoS 和 InFO 以及英特爾的 EMIB 和 Foveros 等先進(jìn)封裝技術(shù)變得越來(lái)越重要，有幾個(gè)原因。首先，分解芯片設計變得越來(lái)越流行，因為芯片制造變得越來(lái)越昂貴，更小的芯片更容易生產(chǎn)，而且許多芯片已經(jīng)達到了光罩極限。與此同時(shí)，它們的設計師希望它們變得更大。其次，使用在不同節點(diǎn)上制作的小芯片的分解設計比前沿節點(diǎn)上的單片芯片更便宜。

隨著(zhù)客戶(hù)需要適當的服務(wù)，OSAT 準備擴大其先進(jìn)的生產(chǎn)能力。與此同時(shí)，他們不像代工廠(chǎng)那樣愿意提供此類(lèi)服務(wù)，因為如果在封裝步驟中出現問(wèn)題，他們就必須扔掉他們封裝的所有昂貴的硅，而且他們的收入不如芯片制造商那么多。他們的利潤率也明顯較低。最后，在許多情況下，可能不清楚為什么多小芯片封裝不起作用，以及問(wèn)題是出在封裝本身還是其中一個(gè)芯片上。如今，臺積電所能做的就是在切割晶圓之前對晶圓進(jìn)行光學(xué)檢查，但這并不是一種特別有效的測試方式。

為了獲得單獨測試小芯片的能力，臺積電正在與芯片測試設備制造商合作，并預計明年驗證這些工具。

「在 3DFabric 測試中，我們與 Advantest、Teradyne 和 Synopsys 合作，對芯片進(jìn)行測試，」Kochpatcharin 說(shuō)?！府斈銓⑺羞@些東西堆疊在一起時(shí)，測試它們就變得非常困難。因此，我們與 Teradyne 和 Advantest 合作進(jìn)行 die-to-die 測試，我們將在 2024 年進(jìn)行芯片驗證?！?/p>